一种检测痕量抗生素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器

摘要

本发明公开了一种检测痕量抗生素残留的量子点纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器制备方法。本发明所述碳糊电极制备方法，包括以下步骤：按照现有方法合成纳米多孔金和量子点溶液；利用层层自组装修饰技术，发光量子点层层修饰到纳米多孔金材料的表面及孔道中；将修饰后的纳米多孔金材料掺入石墨粉中制备碳糊电极。一种检测痕量抗生素残留的方法，包括如下步骤将修饰好的碳糊电极连接到电致化学发光仪，对乳制品及肉制品中痕量的抗生素残留进行检测。本发明的传感器灵敏度高，检测速度快，完成一个基本检测过程仅需2-5分钟的时间，成本低，经济实用。仪器操作简单，实验结果由仪器自动记录和分析，避免了主观因素的影响，有很好的重复性。

说明书

技术领域

本发明涉及抗生素残留检测技术领域，更具体地说是一种检测痕量抗生素残留的高灵敏的电致化学发光传感器的制备，本发明还涉及采用所述的电致化学发光传感器检测乳、肉制品中的抗生素残留的方法。

背景技术

抗生素也称抗菌素，抗生素是由细菌、真菌或其他微生物在生活过程中所产生的物质，也可由化学半合成法制成类似物质(称为人工合成的抗生素)。主要包括四环素类、大环内酯类、氯霉素类、β-内酰胺类、氨基糖甙类、林可霉素类、抗真菌抗生素和抗肿瘤抗生素等。抗生素具有低浓度即可抑制或杀灭细菌、螺旋体、衣原体的致病微生物的作用。自上世纪50年代，把抗生素作为畜禽饲料添加剂以来，在保证动物健康、促进生长、节省饲料和提高生产率诸方面效果显著。同时也带来了动物性食品中抗生素残留的问题，长期使用抗生素会造成畜禽机体免疫力下降。大量抗生素在其被摄入机体后，会随血液循环分布到各组织器官，动物机体的免疫能力就被逐渐削弱，人和动物慢性病增多。

由于抗生素残留具有以上潜在的威胁，许多国家严格禁止将氯霉素等抗生素用于食品动物(特别是蛋鸡和奶牛)，美国已严格规定不允许在家禽饲养中使用氯霉素，出售的家禽必须做氯霉素残留的检测，同样我国农业部已禁止在食品源性动物中使用氯霉素。但是，氯霉素等抗生素价格低廉，很多养殖企业为了追求更大的利益，在动物饲料中非法添加抗生素。因此对抗生素残留的高选择性快速准确检测具有十分重要的社会意义。

建立一种高灵敏度和特异性的快速检测抗生素残留的方法，便成为当前该研究领域亟需解决的问题之一。目前已有的抗生素残留的检测方法主要包括免疫分析法、紫外-可见分光光度法、荧光法、高效液相色谱和化学发光法等，但是这些检测或筛检方法存在不足：

1.免疫分析法具有灵敏度高、专一性好的优势，但是免疫试剂价格昂贵，检测成本高，进而限制了免疫分析法在抗生素残留检测中的应用。

2.紫外-可见分光光度法和荧光法方法简单、以其低廉、线性范围宽，但是其灵敏度和选择性不高，故所用浓度被限制在10^-6级，因此在使用UV检测器测定抗生素残留样品一般要经过浓缩才能达到要求。

3.高效液相色谱是常用的检测抗生素残留的方法，这两种方法灵敏度较高，也能解决一定的选择性问题，但是这两种方法，操作起来比较繁琐，分析过程耗时长，不能满足现在高通量的检测需求。

4.化学发光法是近年来发展起来的新方法，在抗生素残留检测中也有一定的应用，其灵敏度很高，样品用量也很少，与流动注射技术联用可以实现仪器自动化，但是方法的选择性差，不能解决共存物质的干扰问题，因而检测结果中就带入了共存物质干扰的结果。

5.以上几种方法对于抗生素残留的检测和分析，一般都存在检测成本高、结果假阳性、检测过程复杂、检测单一、试剂用量大、不适于现场快速检测、共存物质干扰大等缺点，因此不能满足实际检测的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种灵敏度高、检测速度快、试剂用量少，检测痕量抗生素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下措施来实现的：一种检测痕量抗生素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器的制备方法，其包括以下步骤：

(1)按照现有方法制备出纳米多孔金材料和发光量子点溶液；

(2)将发光量子点修饰在纳米多孔金的孔道中；

(3)按照碳糊电极的制备方法，将发光量子点修饰的纳米多孔金和石墨混合制成碳糊电极，制作电致化学发光传感器；

(4)将制作好的电致化学发光传感器结合电致化学发光仪对抗生素残留进行检测。

本发明所述发光量子点修饰纳米多孔金及碳糊电极的制备包括以下步骤：

(1)纳米多孔金表面羟基化：首先用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗，之后用高纯氮吹干，浸入4％的NaOH溶液中10-30min，然后去离子水清洗，在120℃下干燥1-3小时，使得纳米多孔金表面和孔道中生成均匀的羟基。

(2)将修饰好羟基的纳米多孔金进浸入到三氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)的甲苯溶液中10-30min，然后用甲苯冲洗，氮气吹干；

(3)将(2)得到的纳米多孔金浸入到巯基乙酸(TGA)中5-10min，二次水冲洗；

(4)将(3)得到的纳米多孔金浸入到发光量子点溶液中5-10min形成一量子点层；

(5)重复以上(2)(3)(4)过程可以得到需要的量子点层数；

(6)碳糊电极制备：称取一定量的石墨粉和液体石蜡(质量比为2-4∶1)，玛瑙研钵仔细研磨使其混合均匀，装入直径4mm的玻璃管中，以铜棒为导线，在玻璃棒的头端装入掺有修饰好量子点的纳米多孔金的碳糊，得到量子点修饰纳米多孔金的碳糊电极；

(7)将制备好的碳糊电极干燥处理24小时。

本发明还包括以下步骤：

将制备的碳糊电极组装层电致化学发光传感器，连接到电致化学发光仪上进行测定。

本发明所述为CdTe量子点溶液、CdSe量子点溶液。

本发明所述的电致化学发光仪为西安瑞迈MPI-B型多参数流动注射化学发光分析仪。

一种检测乳、肉制品中痕量抗生素残留的高灵敏的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器的制备方法，其特征是包括如下步骤：将按上述方法制得的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器极配合电致化学发光仪，对乳、肉制品中痕量的抗生素残留进行高灵敏、快速的检测。

本发明的有益效果：

1.将发光量子点用自组装的方法层层修饰在纳米多孔金的表面及孔道中，这种修饰方法可以将量子点和纳米多孔金牢固的结合，很好的解决了以往简单的吸附方法量子点容易被溶液带走的缺点。

2.纳米多孔金具有很大的比表面积，将量子点修饰在这种大的比表面积材料中与普通的平面电极相比，大大增大的电极的表面积，进而增大了量子点在电极上的吸附量，可以使制成的传感器发光信号更强。

3.本发明用到的纳米多孔金是一种导电性极好的材料，纳米多孔金的加入可以提高碳糊电极的导电率，增大电信号的利用效率。

4.本发明结合纳米多孔金的大比表面积和良好的导电性制备出的电致化学发光传感器，提高了分析方法的灵敏度，检测限可达到ng级以下，检测速度快，完成一个样品的检测只需要2-5min，可以再短时间内完成大量样品的检测。

4.本发明所得到的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器所需试剂量少，成本低，经济实用，碳糊电极可以批量制作。

5.所得到的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极传感器与电致化学发光仪联用检测乳、肉制品中痕量的抗生素残留，仪器操作简单快速，反应及结果均由仪器自动完成、记录和分析，避免了主观因素的影响，并保证有很好的重复性，便于现场检测。

具体实施方式

实施例1(四环素类，如四环素)

一种检测痕量四环素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)按照现有方法合成纳米多孔金材料和发光量子点溶液；

(2)纳米多孔金表面羟基化：首先用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗，之后用高纯氮吹干，浸入4％的NaOH溶液中20min，然后去离子水清洗，在120℃下干燥1.5小时，使得纳米多孔金表面和孔道中生成均匀的羟基；

(3)将修饰好羟基的纳米多孔金进浸入到三氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)的甲苯溶液中5min，然后用甲苯冲洗，氮气吹干；

(4)将(3)得到的纳米多孔金浸入到巯基乙酸(TGA)中7min，二次水冲洗；

(5)将(4)得到的纳米多孔金浸入到发光量子点溶液中7min形成一量子点层；

(6)重复以上(3)(4)(5)过程4次，可以得到修饰好的4层量子点；

(7)碳糊电极制备：称取一定量的石墨粉和液体石蜡(质量比为3.5∶1)，玛瑙研钵仔细研磨使其混合均匀，装入直径4mm的玻璃管中，以铜棒为导线，在玻璃棒的头端装入掺有修饰好量子点的纳米多孔金的碳糊，得到量子点修饰纳米多孔金的碳糊电极；

(8)将制备好的碳糊电极干燥处理24小时；

(9)将按上述方法制得的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极结合电致化学发光仪制成电致化学发光传感器。

将制得检测痕量四环素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器配合电致化学发光仪，对乳制品及肉制品中痕量的四环素残留进行检测，结果见表1。利用现有的荧光分析法对乳制品和肉制品中痕量四环素残留进行检测，结果见表1。.

表1  本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器和荧光法对四环素检测效果对比

从表1中结果可以看出：本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器与现有的荧光法相比具有更宽的线性范围、更高的灵敏度和更低的检测限。

实施例2(大环内酯类，如红霉素)

一种检测痕量红霉素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)按照现有方法合成纳米多孔金材料和发光量子点溶液；

(2)纳米多孔金表面羟基化：首先用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗，之后用高纯氮吹干，浸入4％的NaOH溶液中30min，然后去离子水清洗，在120℃下干燥1小时，使得纳米多孔金表面和孔道中生成均匀的羟基；

(3)将修饰好羟基的纳米多孔金进浸入到三氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)的甲苯溶液中10min，然后用甲苯冲洗，氮气吹干；

(4)将(3)得到的纳米多孔金浸入到巯基乙酸(TGA)中5min，二次水冲洗；

(5)将(4)得到的纳米多孔金浸入到发光量子点溶液中10min形成一量子点层；

(6)重复以上(3)(4)(5)过程3次，可以得到修饰好的3层量子点；

(7)碳糊电极制备：称取一定量的石墨粉和液体石蜡(质量比为3∶1)，玛瑙研钵仔细研磨使其混合均匀，装入直径4mm的玻璃管中，以铜棒为导线，在玻璃棒的头端装入掺有修饰好量子点的纳米多孔金的碳糊，得到量子点修饰纳米多孔金的碳糊电极；

(8)将制备好的碳糊电极干燥处理24小时；

(9)将按上述方法制得的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极结合电致化学发光仪制成电致化学发光传感器。

将制得检测痕量红霉素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器配合电致化学发光仪，对乳制品及肉制品中痕量的红霉素残留进行检测，结果见表2。利用现有的荧光分析法对乳制品和肉制品中痕量红霉素残留进行检测，结果见表2。.

表2  本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器和荧光法对红霉素检测效果对比

从表1中结果可以看出：本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器与现有的荧光法相比具有更宽的线性范围、更高的灵敏度和更低的检测限。

实施例3(氯霉素类，如氯霉素)

一种检测痕量氯霉素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)按照现有方法合成纳米多孔金材料和发光量子点溶液；

(2)纳米多孔金表面羟基化：首先用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗，之后用高纯氮吹干，浸入4％的NaOH溶液中25min，然后去离子水清洗，在120℃下干燥2小时，使得纳米多孔金表面和孔道中生成均匀的羟基；

(3)将修饰好羟基的纳米多孔金进浸入到二氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)的甲苯溶液中8min，然后用甲苯冲洗，氮气吹干；

(4)将(3)得到的纳米多孔金浸入到巯基乙酸(TGA)中5min，二次水冲洗；

(5)将(4)得到的纳米多孔金浸入到发光量子点溶液中8min形成一量子点层；

(6)重复以上(3)(4)(5)过程3次，可以得到修饰好的3层量子点；

(7)碳糊电极制备：称取一定量的石墨粉和液体石蜡(质量比为4∶1)，玛瑙研钵仔细研磨使其混合均匀，装入直径4mm的玻璃管中，以铜棒为导线，在玻璃棒的头端装入掺有修饰好量子点的纳米多孔金的碳糊，得到量子点修饰纳米多孔金的碳糊电极；

(8)将制备好的碳糊电极干燥处理24小时；

(9)将按上述方法制得的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极结合电致化学发光仪制成电致化学发光传感器。

将制得检测痕量氯霉素残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器配合电致化学发光仪，对乳制品及肉制品中痕量的氯霉素残留进行检测，结果见表3。利用现有的荧光分析法对乳制品和肉制品中痕量氯霉素残留进行检测，结果见表3。.

表3  本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器和高效液相色谱法对氯霉素检测效果对比

从表3中结果可以看出：本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器与现有的高效液相色谱法相比具有更宽的线性范围、更高的灵敏度和更低的检测限。

实施例4(β-内酰胺类，如阿莫西林)

一种检测痕量阿莫西林残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)按照现有方法合成纳米多孔金材料和发光量子点溶液；

(2)纳米多孔金表面羟基化：首先用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗，之后用高纯氮吹干，浸入4％的NaOH溶液中30min，然后去离子水清洗，在120℃下干燥1小时，使得纳米多孔金表面和孔道中生成均匀的羟基；

(3)将修饰好羟基的纳米多孔金进浸入到三氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)的甲苯溶液中10min，然后用甲苯冲洗，氮气吹干；

(4)将(3)得到的纳米多孔金浸入到巯基乙酸(TGA)中6min，二次水冲洗；

(5)将(4)得到的纳米多孔金浸入到发光量子点溶液中8min形成一量子点层；

(6)重复以上(3)(4)(5)过程5次，可以得到修饰好的5层量子点；

(7)碳糊电极制备：称取一定量的石墨粉和液体石蜡(质量比为3∶1)，玛瑙研钵仔细研磨使其混合均匀，装入直径4mm的玻璃管中，以铜棒为导线，在玻璃棒的头端装入掺有修饰好量子点的纳米多孔金的碳糊，得到量子点修饰纳米多孔金的碳糊电极；

(8)将制备好的碳糊电极干燥处理24小时；

(9)将按上述方法制得的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极结合电致化学发光仪制成电致化学发光传感器。

将制得检测痕量阿莫西林残留的量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器配合电致化学发光仪，对乳制品及肉制品中痕量的阿莫两林残留进行检测，结果见表4。利用现有的荧光分析法对乳制品和肉制品中痕量阿莫西林残留进行检测，结果见表4。.

表4  本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器和化学发光法对阿莫西林检测效果对比

从表4中结果可以看出：本发明量子点修饰纳米多孔金碳糊电极电致化学发光传感器与现有的化学发光法相比具有更宽的线性范围、更高的灵敏度和更低的检测限。